Empa atinge eficiențe record de 19.8% pentru iluminarea frontală și 10.9% pentru iluminarea din spate în celula solară bifacială CIGS

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

16 decembrie 2022

Celulele solare bifaciale cu peliculă subțire bazate pe diseleniură de cupru indiu galiu (CIGS) pot colecta energie solară atât din partea lor frontală, cât și din partea din spate - și astfel pot produce mai multă energie solară decât omologii lor convenționali. Până acum însă, fabricarea lor a dus la doar eficiențe modeste de conversie a energiei. O echipă de la Laboratoarele Federale Elvețiene pentru Știința și Tehnologia Materialelor (Empa) a dezvoltat acum un nou proces de producție la temperatură joasă, rezultând eficiențe record de 19.8% pentru iluminarea frontală și 10.9% pentru iluminarea spate. Mai mult, au produs și prima celulă solară tandem bifacială perovskită-CIGS, deschizând posibilitatea unor randamente energetice și mai mari în viitor (SC Yang și colab., „Eficiency boost of bifacial Cu(In,Ga)Se”2 celule solare cu peliculă subțire pentru aplicații flexibile și tandem cu proces la temperatură scăzută asistat de argint”, Nature Energy (2022); 21 noiembrie).

Dacă atât lumina directă a soarelui, cât și reflectarea acesteia (prin partea din spate a unei celule solare) pot fi colectate, acest lucru ar trebui să crească randamentul de energie pe care celula o produce. Aplicațiile potențiale sunt, de exemplu, fotovoltaica integrată în clădire (BIPV), agrivoltaica – utilizarea simultană a suprafețelor de teren atât pentru generarea de energie fotovoltaică, cât și pentru agricultură – și module solare instalate vertical sau cu înclinare ridicată pe teren la altitudine mare. Potrivit International Technology Roadmap of Photovoltaics, celulele solare bifaciale ar putea capta o cota de piata de 70% din piata totala de fotovoltaice pana in 2030.

Deși celulele solare bifaciale bazate pe plachete de siliciu sunt deja pe piață, celulele solare cu peliculă subțire au rămas până acum în urmă. Acest lucru se datorează, cel puțin parțial, eficienței destul de scăzute a celulelor solare cu peliculă subțire CIGS bifaciale, cauzată de o problemă critică de blocaj: pentru ca orice celulă solară bifacială să poată colecta lumina solară reflectată în partea din spate, o transparentă optic. contactul electric este o condiție prealabilă. Acest lucru se realizează prin utilizarea unui oxid conductor transparent (TCO) care înlocuiește contactul opac din spate în celulele solare convenționale – adică monofaciale – din molibden.

Formarea de oxizi dăunătoare

Celulele solare CIGS de înaltă eficiență sunt în general produse printr-un proces de depunere la temperatură înaltă, adică peste 550°C. La aceste temperaturi, totuși, are loc o reacție chimică între galiu (al stratului CIGS) și oxigenul contactului din spate al oxidului conductor transparent. Stratul de interfață de oxid de galiu rezultat blochează fluxul de curent generat de lumina solară și astfel reduce eficiența de conversie a energiei celulei. Cele mai mari valori atinse până acum într-o singură celulă sunt 9.0% pentru partea din față și 7.1% pentru partea din spate. „Este foarte dificil să ai o eficiență bună de conversie a energiei pentru celulele solare cu contacte conductoare transparente din față și din spate”, spune Ayodhya N. Tiwari, care conduce laboratorul de film subțire și fotovoltaic al Empa.

Celulele solare bifaciale CIGS constau din straturi foarte subtiri, doar 3µm in total pentru materialele active. Depus deasupra unui contact electric transparent, stratul policristalin CIGS absoarbe lumina atât din față, cât și din spate. (Cu amabilitatea EMPA.)

Imagine: Celulele solare bifaciale CIGS constau din straturi foarte subtiri, doar 3µm in total pentru materialele active. Depus deasupra unui contact electric transparent, stratul policristalin CIGS absoarbe lumina atât din față, cât și din spate. (Cu amabilitatea EMPA.)

Așadar, doctorandul Shih-Chi Yang din grupul lui Romain Carron din laboratorul lui Tiwari a dezvoltat un nou proces de depunere la temperatură joasă care ar trebui să producă mult mai puțin oxid de galiu dăunător – în mod ideal, deloc. Au folosit o cantitate mică de argint pentru a scădea punctul de topire al aliajului CIGS și pentru a obține straturi absorbante cu proprietăți electronice bune la o temperatură de depunere de doar 350°C. Când au analizat structura multistrat cu microscopie electronică cu transmisie de înaltă rezoluție (TEM), cu ajutorul fostului post-doctorat al lui Tiwari Tzu-Ying Lin (în prezent la Universitatea Națională Tsing Hua din Taiwan), echipa nu a putut detecta niciun oxid de galiu la interfata deloc.

Vizând un randament energetic de peste 33%

Acest lucru a fost reflectat și de o eficiență de conversie a energiei îmbunătățită drastic: celula a dat valori de 19.8% pentru iluminarea frontală și 10.9% pentru iluminarea din spate, care au fost certificate independent de Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară (ISE) din Freiburg, Germania – în exact aceeași celulă pe un substrat de sticlă.

Echipa a reușit, de asemenea, să fabrice, pentru prima dată, o celulă solară CIGS bifacială pe un substrat polimeric flexibil, care – datorită greutății și flexibilității lor reduse – lărgește spectrul de aplicații potențiale.

În cele din urmă, cercetătorii au combinat două tehnologii fotovoltaice - CIGS și celule solare perovskite - pentru a produce o celulă tandem bifacială.

Potrivit lui Tiwari, tehnologia CIGS bifacială are potențialul de a produce eficiențe de conversie a energiei de peste 33%, deschizând noi oportunități pentru celulele solare cu peliculă subțire în viitor. Tiwari încearcă acum să stabilească un efort de colaborare cu laboratoare și companii cheie din Europa pentru a accelera dezvoltarea tehnologiei și fabricabilitatea industrială a acesteia la o scară mai mare.

Etichete: empa CIGS flexibil

Vizitați: www.nature.com/articles/

Vizitați: www.empa.ch